La croûte continentale représente une partie de l'enveloppe géologique la plus externe de la Terre. © Nasa
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Quelle est la composition de la croûte continentale ?

Question/RéponseClassé sous :Géologie , croûte continentale , discontinuité de Mohorovičić
 

Notre Planète est constituée de différentes enveloppes géologiques, dont la plus connue est certainement celle que nous avons sous nos pieds : la croûte continentale. Souvent considérée comme une entité, la croûte continentale présente pourtant une structure complexe et une grande hétérogénéité minéralogique.

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La croûte continentale constitue, avec la croûte océanique, l'enveloppe géologique la plus externe de la Terre. On parle ainsi souvent d'écorce terrestre. Elle surplombe le manteau, dont la composition et les propriétés physiques sont très différentes. Croûtes continentale et océanique présentent également de grandes divergences en matière de composition.

La croûte continentale constitue le socle des continents. Généralement vue comme une « entité » géologique, elle présente cependant une architecture complexe et est loin d'être uniforme d'un point de vue minéralogique.

Structure et composition moyenne

À grande échelle, on considère souvent que la croûte continentale est de nature felsique, c'est-à-dire composée majoritairement de roches magmatiques riches en silice, en oxygène et en aluminium, comme le granite. En domaine intra-continental et hors zones de rift ou de marges, elle est épaisse de 30 kilomètres en moyenne, ce qui est bien plus que la croûte océanique. Mais son épaisseur peut grimper jusqu'à 70-80 kilomètres sous les chaînes de montagnes. À l'inverse, au niveau des bordures continentales (les marges), son épaisseur s'amenuise plus ou moins progressivement jusqu'à sa disparition totale, laissant alors la place à la croûte océanique.

Composition massique moyenne de la croûte continentale. © Henry Mühlpfordt, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Avec une densité moyenne de 2.7-2.8, la croûte continentale est relativement « légère » en comparaison de la croûte océanique de densité 2.9 ou des roches du manteau, de densité 3.3.

Mais cela n'est qu'une moyenne car en détail, la croûte continentale n'est pas homogène d'un point de vue chimique et physique. Elle est notamment divisée en plusieurs niveaux, deux voire trois, définis grâce aux variations des vitesses des ondes sismiques. Le plus souvent, on différencie ainsi la croûte supérieure de la croûte inférieure, mais certaines études suggèrent la présence d'une croûte moyenne. Si la composition de la croûte supérieure est plutôt bien définie du fait de son accessibilité pour les campagnes d'échantillonnage, la composition des croûtes moyenne et inférieure est bien moins contrainte et repose le plus souvent sur des données indirectes.

Bloc diagramme schématisant la structure de la croûte continentale dans un modèle à trois couches. © Géodigital, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Cependant, si la croûte continentale montre une organisation verticale, elle est également très hétérogène sur le plan horizontal. Cette forte hétérogénéité est liée à son histoire géologique longue et complexe (plus de 4 milliards d'années par endroits) et à son remaniement perpétuel en lien avec les processus tectoniques (enfouissement, soulèvement), volcaniques, ainsi qu'aux processus de surface (érosion, altération chimique, sédimentation, diagenèse). Ainsi, la composition exacte de la croûte continentale ne peut être définie que pour une zone bien précise.

La croûte continentale supérieure

Dans l'ensemble, il apparaît cependant que la croûte supérieure est globalement de composition grano-dioritique, enrichie en éléments incompatibles et appauvrie en éléments compatibles. Pour rappel, les éléments chimiques incompatibles sont les éléments qui ont tendance à migrer facilement vers la phase liquide lors du processus de fusion partielle. Les bien connues terres rares en font partie. Les éléments compatibles vont, à l'inverse, préférentiellement rester dans la phase solide lors de la fusion.

Du point de vue rhéologique, la partie supérieure de la croûte continentale possède plutôt un comportement cassant.

La croûte continentale inférieure

Les ondes sismiques nous montrent que la croûte inférieure n'a pas le même comportement rhéologique que la croûte supérieure. Elle est plus ductile. Ce changement de propriété physique est lié principalement à l'augmentation de la pression avec la profondeur.

L'étude de la croûte inférieure est bien plus compliquée du fait de sa non-accessibilité. La connaissance de sa composition provient ainsi principalement d'études sismiques et d'analyses de roches métamorphiques exposées en surface par le biais des mouvements tectoniques, mais également de l'étude des granulites, qui peuvent remonter jusqu'à la surface en tant que fragments piégés dans du magma.

Certains modèles suggèrent ainsi que la croûte inférieure pourrait avoir une composition plus mafique. Les roches mafiques sont des roches silicatées riches en magnésium et en fer, comme le gabbro. L'hypothèse actuellement la plus admise est celle d'une croûte inférieure particulièrement hétérogène, avec une composition majoritairement granitique mais pouvant varier de façon significative en fonction du contexte tectonique et magmatique. Ainsi, il pourrait y avoir localement de grandes intrusions de roches mafiques. Du fait des hautes températures et pressions régnant à ces profondeurs, les roches de la croûte inférieure seraient sous faciès amphibolite ou éclogite.

La croûte continentale moyenne

Certaines études suggèrent la présence d'un niveau intermédiaire composé de migmatites. Il s'agit de roches de type granitique, résultant de la fusion partielle de la croûte continentale.

Migmatite. © Siim Sepp, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Ce modèle à trois couches est débattu et il est possible que sa présence soit dépendante du contexte tectonique et de l'histoire géologique de la région. Certains modèles incluent cette croûte moyenne dans la croûte inférieure. La transition entre les croûtes supérieure et inférieure se situe donc vers 10 kilomètres de profondeur dans ces modèles à deux couches, alors que dans les modèles à trois couches, la croûte moyenne s'étage de 10 à 20 kilomètres de profondeur.

Le Moho, limite inférieure de la croûte continentale

Enfin, la base de la croûte continentale est marquée par une limite chimique et physique majeure, connue sous le nom de Moho. La croûte continentale a en effet une composition très différente du manteau sous-jacent, ce qui implique des comportements rhéologiques et physiques différents : augmentation brutale de la densité et des vitesses des ondes sismiques, notamment. La zone de transition entre ces deux enveloppes terrestres est donc clairement visible sur les données sismiques.

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